Системы отопления с несколькими циркуляционными насосами

На практике часто возникают ситуации, в которых один одинарный насос просто не может удовлетворить всем предъявляемым к нему требованиям. В таких случаях используют два и более насосов. В зависимости от назначения насосы монтируются по последовательной или параллельной схеме.

Однако, прежде чем перейти к обсуждению отдельных функций, следует указать на одну принципиальную, хотя и часто встречающуюся ошибку. Так, абсолютно неверно утверждение, что, как правило, два одинаковых насоса, работающие по последовательной схеме, обеспечивают двойной напор, а два одинаковых насоса, работающих по параллельной схеме, — двойную подачу.

Хотя теоретически это возможно, однако практически едва ли выполнимо в связи с особенностями конструкции и функционирования систем отопления. 

Последовательное включение насосов

При монтаже двух насосов по последовательной схеме (друг за другом) суммируются напоры при одинаковой подаче. При этом напор при нулевой подаче от двух насосов одинаковой мощности удваивается. Если взять другую крайнюю точку, то есть точку, при которой подача осуществляется безнапорно, то в ней два насоса не могут обеспечить большую подачу, чем один насос. В связи с особенностями регулирования в больших системах отопления часто используются несколько нагревательных контуров. Иногда устанавливаются даже несколько котлов. 

Насосы для системы подогрева воды (WWB) и нагревательных контуров HС 1 и HС 2 работают независимо друг от друга. Циркуляционные насосы предназначены только для преодоления возникающих в системе сопротивлений. Каждый из этих трех насосов подследовательно подключен к циркуляционному насосу котла (KP). В задачи последнего входит преодоление сопротивления, возникающего уже в контуре котла.

Все предшествующие теоретические рассуждения основаны на том, что насосы имеют одинаковую мощность. Однако, насосы могут иметь различные мощности. Такой вариант монтажа может быть чрезвычайно опасен в случае, если мощность отдельных насосов не была принята в рассмотрение. При создании циркуляционным насосом котла слишком высокого напора один или все распределительные насосы получают огромное давление на всасывающем патрубке. В этом случае они начинают работать уже не как насосы, а как турбины (по принципу генератора). В результате этого в течение короткого времени возникают различные функциональные нарушения и повреждения насосов. (Проблема гидравлической развязки в рамках данного обсуждения не рассматривается.)

Параллельное включение насосов

При монтаже двух насосов по параллельной схеме (параллельно друг другу) суммируются подачи при одинаковом напоре. При этом максимальная подача от двух насосов одинаковой мощности удваивается.

Ранее уже указывалось на то, что эта точка характеристики насоса является теоретическим предельным значением. Если взять другую крайнюю точку, то есть точку, при которой подача равна нулю, то в ней два параллельно работающих насоса не могут обеспечить больший напор, чем один насос.

Когда потребление тепловой энергии достигает максимума, насосы I и II начинают работать по параллельной схеме. Необходимые для этого приборы управления встроены в съемные модули или электронный блок с соответствующими приспособлениями.Каждый из двух объединенных в сдвоенный насос одинарных насосов имеет несколько ступеней переключения, что дает широкий спектр регулирования параметров насосов в зависимости от отопительной нагрузки.

При отказе одного из насосов подача, тем не менее, продолжает поддерживаться на уровне более 50 %. В соответствии с рабочим графиком радиатора отопления это означает все те же 83 % тепловой энергии, которые может отдавать радиатор.

Основной и резервный насос

Назначение систем отопления заключается в том, чтобы обогреть жилые помещения в холодное время года. В связи с этим рекомендуется предусмотреть в каждом нагревательном контуре по одному резерв-ному насосу на случай отказа основного насоса. В первую очередь это относится к многоквартирным домам, больницам и другим общественным учреждениям.

С другой стороны, использование второго насоса влечет за собой — помимо необходимой дополнительной арматуры и приборов управления — довольно существенные расходы на сам монтаж. В качестве компромисса производители насосов предлагают сдвоенные насосы, у которых два рабочих колеса с приводными моторами объединеныв одном корпусе.

В резервном режиме оба насоса (I и II) рабо-тают по очереди в соответствии с установленным графиком (например, по 24 часа). В товремя, как один насос работает, другой стоит. При этом отток перекачиваемой жидкости через неработающий насос предотвращаетсявстроенным переключающим клапаном (входит в серийную комплектацию).

Как уже указывалось в начале данного раздела, в случае отказа одного из двух насосов система автоматически переключается на работоспособный насос.

Основной и пиковый насос

В системах отопления, для которых характерна большая подача, например, в больницах с 20 зданиями и одной котельной, часто используются несколько одинарных насосов для частичной нагрузки.

В следующем примере мощные насосы с мокрым ротором и встроенным электронным блоком управления установлены параллельно друг другу. В зависимости от потребностей такая система для пиковых нагрузок может состоять из двух и более насосов одинаковой мощности. Работающая в сочетании с датчиком сигналов система управления поддерживает перепад давления насоса на постоянном уровне (p-c). При этом совершенно неважно, какие объемы перекачиваемой жидкости проходят через термостатические вентили на радиаторах отопления и какие из четырех насосов работают в данный момент времени.

Если в такого рода системе выполняется гидравлическая балансировка, эти схемы используются также для анализа снабжения самой дальней точки с целью его надлежа-щего обеспечения. При этом датчик сигналов устанавливается в самой плохо снабжаемой точке системы. Сигналы управления, генерируемые датчиком сигналов (о чем говорит само название датчика), передаются на блок управления, который корректирует их в зависимости от инерционности и других характеристик системы отопления. После этого блок управления соответствующим образом активизирует подключенные насосы, например, через встроенную электронную схему.

В нашем примере управление всей системой осуществляется следующим образом:
Регулирование насоса основной нагрузки, или основного насоса PH со встроенным электронным блоком осуществляется бесступенчато в диапазоне между максимальной (n = 100 %) и минимальной частотой вра-щения (n = 40 %) в зависимости от сигнала датчика перепада давления DDG. В результате этого подача при частичной нагрузке плавно изменяется в диапазоне QT1 < = 25 %.

Если возникает необходимость в увеличении подачи (QT > 25 %), подключается насос пиковой нагрузки (также со встроенным электронным блоком PS1) с макс. частотой вращения. Основной насос PH продолжает бесступенчато регулироваться, что в свою очередь влияет на общую подачу, которая аналогичным образом регулируется в диапа-зоне между 25 % и 50 % в зависимости от потребности.

Этот процесс повторяется при подключении насосов для частичной нагрузки со встроен-ной электроникой PS2 и PS3, каждый раз с макс. частотой вращения. Максимальная потребность в тепле всей больницы покрывается тогда, когда все четыре насоса работают с максимальной мощностью — в этом случае они обеспечивают подачу при полной нагрузке V· Аналогичным образом, при умень-шении потребления тепла насосы для пиковых нагрузок со встроенной электроникой PS3 – PS1 снова отключаются.

Чтобы достичь максимальной равномерности в распределении рабочего времени между всеми циркуляционными насосами, функцию регулируемого основного насоса каждый день поочередно выполняют различные насосы.

Для больших систем низкие эксплуатацион-ные расходы в течение многих лет гораздо важнее, чем небольшие инвестиционные затраты. Четыре небольших насоса со встроенной электроникой и система управления могут стоить больше, чем один большой насос без системы управления. Однако, если взять, например, период эксплуатации длиной в десять лет, то затраты на систему управления и насосы со встроенной электроникой с лихвой окупятся за счет сэкономленной электроэнергии. В качестве дополнительного преимущества можно назвать оптимизацию работы всей системы в сочетании с низким уровнем шума и высокой экономичностью благодаря улучшенному снабжению потребителей. А это может означать даже значительную экономию энергии.